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摘要
针对地下矿山老采空区地表建设工程适宜性评价难题，采用工程地质勘探、建筑荷载影响深度判别法、经验公式等手段，综合评价了某矿山老采空区地表建设适宜性。分析结果表明：密实度不够的塌陷回填区不宜作为建设用地，其他老采空区的残留变形基本不影响上方新增建筑物的安全，应重点考虑建筑物自身荷载对老采空区的影响；分别计算建筑物影响深度以及老空区自身的垮落带高度，当建筑荷载引起的地下附加应力等于相应位置处自重应力的20%时，该深度与老空区扣除垮落带高度后的采深比值大小可作为建设用地适应性评价标准，当采深与附加应力影响深度大于2时，为适宜性好；介于1～2时，为基本适宜区；小于1时，为适宜性差区。研究成果为类似老空区地表建设评价提供参考。
作者及单位
刘翔1， 郭伟2,3,4
1.铜陵有色金属集团股份有限公司冬瓜山铜矿；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心
引用格式
正文
近年来，随着土地资源越来越宝贵，矿山征地难度越来越大，尤其是位于城郊地区的矿山，如铜陵有色冬瓜山铜矿，新征土地开展设施建设难度较大。为节约土地资源，利用老采空区地基开展工程建设是行之有效的方案之一。但老空区地表新增建筑设施后，在内外因素的影响下，老空区仍存在二次“活化”的可能。因此，在采空区上方进行工程建设时，为确保安全，必须进行工程建设适宜性评价。目前对于煤矿沉陷区建设场地稳定性研究较多，在非煤领域开展的采空区地表建设适宜性研究较少，如滕永海等提出了附加应力法，以建筑物荷载影响深度是否与采空区裂隙带发育高度重合来判断采空区上建筑物的安全；郭文砚等采用厚跨比法、普氏拱理论计算法等力学公式分析空区顶板稳定性，划分地表不同程度残余变形区域，结合地表监测点沉降特征开展建设适宜性评价工作。
以某铜矿为背景，从工程实践出发，采用工程和理论研究相结合，探讨老空区上方地表建设场地适宜性评价及安全保障措施，为类似金属矿山老空区场地地表利用提供借鉴。
1 矿山及拟建设施基本情况
1.1 矿山概况
因井下相关中段巷道基本已封闭，本次勘探工程均布置在地表。本次在44 线共布置4 个勘探孔，如图2 所示。其中44-1、44-2 孔用于勘探联通地表的主空区东山Ⅰ空区，岩性分段标识图如图3 所示，44-3、44-4孔采用于勘探0 m中段附近的独立盲空区东山Ⅱ空区。
（1）顶板岩石以矽卡岩为主，无风化现象。岩石硬度大，总体来看，完整性好，取心率高，有利于空区 顶板稳固。
（2）老空区+70 m 以下充填效果要好于上部，空区基本已充填接顶。+70 m 以上采用废石充填，充填效果稍差，经塌陷回填治理后，仍存在多处小型空洞，即塌陷回填区未密实，不能作为建筑用地。此外，除主空区外，拟建项目正下方+70 m 巷道已充填，但密实性相对较差。
根据矿山现有地质和充填资料及综合勘探成果，拟建区域下方主要空区分布与资料反映的空区分布情况基本一致，主要空区及巷道均用尾砂充填，未发现有未探明的大空区或连续性空区；但地表塌陷回填区密实性较差，不适宜建设主要脱水设施，对于深部+70 m 以下老空区，考虑到尾砂充填体缺乏必要的力学强度，存在二次压缩变形的可能，后续将重点对此开展研究工作，并提出相应的安全技术措施。
3 场地建设适宜性评价
分析新建建（构）筑物时，新增荷载对采空区及覆岩影响程度的问题，确定老采空区顶板是否会产生大范围破坏，进而分析地表在新增荷载作用下是否会产生大的不均匀沉降或突然陷落性沉陷，以此评价地基的稳定性。本次评判新建建筑荷载对老空区的影响，采用荷载影响深度判别法进行判定。
3.1 荷载影响深度判别法
3.1.1 建筑物荷载影响深度
空区顶板基本为矽卡岩，抗压强度在100 MPa以上，软弱结构面少，属完整系数较高的坚硬岩体，直接暴露下亦能形成悬拱，加之目前已充填，因此直接以垮落带的高度作为顶板上方的冒落裂隙带发育高度。对于大空区，当初采用的是30%～40%浓度的尾砂分次充填，尾砂流动性好，深部空区充填接顶效果较好。本次勘探结果也验证了底部空区接顶率较好，考虑到个别区域有不接顶的可能，从勘探情况来看，高度预计不会超过1 m。此外，+70 m 中段存在巷道（已充填）工程，按最坏的情况，视为未充填的小空区，巷道（空区）高2.6 m。综合考虑，空区剩余高度M不超过2.6 m。坚硬顶板下垮落带最大高度计算公式为
式中，Hk为垮落带高度，m；K 为松散系数，取1.5；α 为矿体倾角，（°）。
经计算，Hk≈5 m。
受空区影响最大的主体设施拟建尾矿脱水车间以及后续二期预留场地，与空区最短距离分别为65，58 m。则非采动影响深度Hlf为
式中，H为采空区采深，m。
建筑荷载附加应力影响深度与老空区扣除垮落带高度后的采空区采深比值可作为建设用地适应性评价标准，当采深与附加应力影响深度比值大于等于2 时，为适宜性好；当比值介于1～2 时，为基本适宜区；比值小于1时，为适宜性差区。
拟建尾矿脱水车间Hlf=43 m，预留二期工业场地Hlf=53 m。拟建尾矿脱水车间及预留二期工业场地Hlf均位于Ha～2.0Ha（39～78 m）内，参照表3，因此新增建筑荷载附加应力影响程度为中等，为基本适宜区。
3.2 地表场地建设适宜性分级
4 结 论
